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人工氣舉+智能技術=產量更高,干預更少

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數字智能人工舉升技術(DIAL)能夠同時提高氣舉單井內雙層管柱的產能。

編輯 | 大安

由于儲層條件和流體組成的變化,世界上大多數氣舉井都存在欠優化的問題。氣舉閥(GLV)需要根據條件變化進行重新校準,并且需要一個過大的設計安全閾值,從而使校準后的閥門能夠在盡量長的時間里保持有效工作狀態。此外,在調整氣舉參數時,操作人員很難做出數據驅動的決策,以確保生產的連續最大化。

人工氣舉是在中東和亞太地區應用最廣泛的人工舉升方式之一,其采油原理是依靠從地面注入井內的高壓氣體與油層產生流體在井筒中混合,利用氣體的膨脹使井筒中的混合液密度降低,將流入到井內的原油舉升到地面的一種采油方式。

雖然傳統的氣舉技術應用條件很寬泛,但同時也面臨著諸多挑戰。對于海上或陸上的油井,與井筒干預相關的風險和成本是比較高的,而特殊氣候和偏遠地區也成為進行生產優化的額外障礙,其他方面的限制還包括氣舉效率有效監測的不確定性和對閥門部署的干預。

對雙重完井管柱而言,由于受到套管壓力波動、溫度無法預測以及無法單獨控制注入速度等多重因素的影響,實施人工氣舉作業便更具挑戰性。在產能和儲層壓力較低的地層中,生產管柱往往會從其他管柱中“搶奪”注入的氣體。

對于已經應用了雙層管柱完井的區塊,實施人工氣舉通常是極其困難的,這導致一些運營商被迫減少應用這類需要高成本投入的增產措施。

缺乏數據支撐和干預成本高昂等因素導致單井產能受限,這也解釋了為什么大多數氣舉井(尤其是雙層管柱井)通常都處于非最優生產狀態。

更多的數據支撐,不確定性降低

由Silverwell公司研發的DIAL,可用于優化單雙管井氣舉產量。該系統由裝配在每個氣舉站的多端口油管可回收氣舉裝置組成。它可以從地面控制注氣深度、注入速率和排液順序。當利用溫度、壓力數據獲得精確的流動梯度曲線時,便能夠實現實時優化。

據估計,DIAL可使單井增產約20%,雙管井增產40%以上。

目前,Silverwell公司已經和一些運營商簽訂作業計劃,在全球范圍內率先在陸上和海上的雙管柱單井中部署雙管柱數控氣舉優化系統。該技術提高了作業安全性、施工效率、可操作性和實時監控性。

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圖1 雙管柱DIAL能夠按比例分配注入氣體,確保雙層管柱均能實現最優化生產。井下油管和套管在不同深度處的壓力數據對舉升效率起到了決定作用。(源自Silverwell公司)

生產優化系統

DIAL是由多個氣舉裝置組成,每個氣舉裝置最多可包含6個可單獨控制的獨立注入口,具有較大的氣體注入速率頻譜,可通過在任意組合中打開或關閉注入口來改變注入速率。

DIAL由一個地面控制系統進行控制,該系統通過一個單一的井下電氣控制線路(一個封裝有電纜的管線,直徑通常為1 / 4英寸)連接到多支路結構中的所有單元。單元之間的間隔使用最大可用的地面注氣壓力。井口開啟是由數控操作,不受井下壓力和溫度的影響。

地面控制系統配備了一個Modbus RS485連接,將其連接到一個SCADA類型的監控和數據采集系統,允許操作員實時遠程監控和操作DIAL系統。

每個DIAL單元都裝配有測量油管與套管壓力的傳感器和溫度傳感器。由于DIAL單元部署在井內的不同深度,所以油管和環空壓力梯度和溫度梯度均是實時可用的。

在油管和套管上都裝備了壓力傳感器,通過氣舉閥可以測算流體壓降ΔP,井下注氣速率可通過閥門的流量系數(Cv值)計算得出。然后,通過比對地面注入速率與井下注氣速率,來確保從地面注入的所有氣體都通過了注入點,并且未出現泄漏問題。

通過將數字氣舉系統與專用軟件程序相連接,在操作員的監督下,可以實現井筒排液、生產優化、氣體使用優化和故障排除等過程的自動化。

在井內管柱的不同深度處安裝若干個DIAL系統,而且每個DIAL系統都可以提供廣域的氣體注入速率,基于這些技術能力,進而可在油井全生命周期提供一個數字氣舉系統,并且無需昂貴的干預措施。井下閥門控制實現自動智能化,可以在單、雙管井中實施高效作業。

雙重控制

為了驗證系統性能,對陸上和海上作業環境下的雙管井都進行了建模分析。在這兩種情況中,兩層管柱共享相同的套管和氣舉供應壓力。然而,為每層管柱分配合適氣量的難度很大,尤其是在內外層管柱所對應的氣層具有不同儲層參數的情況下。

DIAL可以直接控制氣體注入速度,將氣體注入到生產油管中。井下閥門的開啟和關閉由地面控制,即使套管壓力發生變化,也能保持在指定的位置。

壓力傳感器數據結合閥門的氣體流量系數值Cv,可以計算不同井深處的氣體注入速率。這些可以通過在特定的DIAL單元中調整閥門打開數量來實現。每層管柱的注入速度均可獨立控制,從而不斷優化兩層管柱的產量,最終實現內外兩層管柱的氣舉效率均達到最高。

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圖2在這個通用的例子中,在每層管柱上都部署了兩個DIAL單元。在不同的氣舉注氣速度下,每層管柱都能實現產能最優化。(源自Silverwell)

強化舉升效率

唯一的設計要求是選擇每個DIAL單元的部署深度。間隔DIAL單元時,可以從上到下應用全套管壓力,閥門之間不需要產生壓降,從而減少所需的站數和/或更深的注氣點。

生產管理優化

DIAL系統對提升雙管柱井產能的意義重大。對多個雙管應用程序的建模顯示,陸上的凈現值可達數千萬美元。由于不需要井筒干預,減少了運營成本,降低了HSE風險,提升了氣舉配氣效率。目前,陸上大批量的單、雙管井已經明確可從該技術中獲益,而海上油井的數據估算也與之類似。

結論

全球首個雙管井DIAL生產優化系統的成功實施,標志著氣舉技術里程碑式的發展進步。它將消除傳統壓力操作閥門式氣舉工藝固有的低效性,從而提高單井的盈利能力。

在編寫本文時,陸上和海上都計劃安裝DIAL系統。為了提高系統的整體效率,目前正在開發一種閉環自動化協議,該協議允許根據井況自動調整井下氣舉速度和深度。

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